JP2015065300A

JP2015065300A - リアクトル

Info

Publication number: JP2015065300A
Application number: JP2013198362A
Authority: JP
Inventors: 浩二中西; Koji Nakanishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】コイルの損傷や変形、位置ずれを防止することができ、放熱性に優れたリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル１００は、凸部２１Ａ，２１Ｂを備えた底板２２ｂと側板２２ｃとからなり、一端が開放されている第１のコア２２と、前記一端に配されて第１のコア２２と共に箱状のコア２を形成する第２のコア２３と、凸部２１Ａ，２１Ｂの周囲に配されて箱状のコア２に収容されているコイル１Ａ，１Ｂと、箱状のコア２の内部を満たし、コア２よりも熱伝導率の高い接着性の樹脂体３と、から構成され、接着性の樹脂体３によってコイル１Ａ，１Ｂがコア２に絶縁された状態で固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電圧を昇降させるコンバータに用いられるリアクトルに関する。

従来からハイブリッド自動車や電気自動車のバッテリの電圧を昇圧してモータに供給し、またはジェネレータからの回生電流をバッテリ電圧に降圧してバッテリを充電するコンバータにリアクトルが用いられている。このようなリアクトルとして、軟磁性粉とバインダとの混合材の成形体で構成したコアの内部に導体線材を巻回したコイルの全体を絶縁性の樹脂被覆層にて外側から包み込んで成る絶縁被覆コイルを内蔵したリアクトルが開示されている（下記特許文献１を参照）。

特許文献１では、コアの材料である軟磁性粉と熱可塑性樹脂の混合材を射出成形することで１次成形体を成形し、該１次成形体の内側に絶縁被覆コイルを嵌め込んだ状態で、該絶縁被覆コイルの周囲のキャビティに該１次成形体の成形に用いた混合剤を射出して２次成形体を成形する。これにより、１次成形体と２次成形体とを一体化させ、コアの内部に絶縁被覆コイルを内蔵したリアクトルを製造している。

また、コアとコイルを備えるリアクトルであって、該コアが該コイルの内側に配される内部コア部と、該コイルの外側に配される外側コア部と、該コイルの両端部を覆って該内側コア部および外側コア部を連結する連結コア部とを備え、各コア部がギャップを介することなく一体化されてなるリアクトルが開示されている（下記特許文献２を参照）。

特許文献２では、コイル、内側コア部、外側コア部、および一対の連結コア部を予め準備しておき、該コイルを該外側コア部に配置し、該内側コア部を一方の連結コア部に位置決めして接合し、該内側コア部を該コイルの内側に嵌め込む。そして、外側コア部の一端面と一方の連結コア部とを接合し、外側コア部の他端面と他方の連結コア部とを接合することで、各コア部がギャップを介することなく一体化されてなるリアクトルを製造している。

特開２０１１−２３８７１６号公報特開２０１３−７７８４５号公報

特許文献１では、軟磁性粉を含む混合材を絶縁被覆コイルの表面に射出するため、射出圧力によって絶縁被覆コイルの樹脂被覆層が損傷してコイル表面が傷ついたり、コイルが変形または位置ずれを起こしたりする虞がある。特許文献２では、射出成型によるコイルの損傷は防止できるが、リアクトルの放熱性が十分ではない場合に、リアクトル外面に放熱材を設ける必要がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、リアクトルの製造時におけるコイルの損傷や変形、位置ずれを防止することができ、放熱性に優れたリアクトルを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明のリアクトルは、凸部を備えた底板と側板とからなり、一端が開放されている第１のコアと、前記一端に配されて第１のコアと共に箱状のコアを形成する第２のコアと、前記凸部の周囲に配されて箱状のコアに収容されているコイルと、箱状のコアの内部を満たし、コアよりも熱伝導率の高い接着性の樹脂体と、から構成され、前記接着性の樹脂体によってコイルがコアに絶縁された状態で固定されている。

本発明のリアクトルは、コアの内部に満たされた接着性の樹脂体によって、コイルをコアに絶縁された状態で固定しているため、コアの材料をコイルの周囲に射出成形する必要がない。したがって、本発明のリアクトルによれば、リアクトルの製造時におけるコイルの損傷や変形、位置ずれを効果的に防止することができる。

また、本発明のリアクトルでは、箱状のコアの内部が該コアよりも熱伝導率が高い接着性の樹脂体によって満たされることから、コイルと樹脂体は接触している。これにより、コイルに発生した熱が樹脂体を介して従来よりも放出されやすくなり、さらに樹脂体に放出されたコイルの熱が、樹脂体を介して箱状のコアの内面に伝達され、さらにコアの外面から例えば冷却器や外気などに放出される。したがって、放熱性に優れたリアクトルとなることから、コア外面の放熱材を省略することができる。

さらに、接着性の樹脂体がコアの内部に満たされてコイルとコアとの間に配されることで、コイルとコアとの間の絶縁性が確保される。また、コイルの周囲に配された接着性の樹脂体によってコイルに発生するノイズおよび振動（ＮＶ）を低減することができるだけでなく、樹脂体を緩衝材料として機能させ、冷熱衝撃などの耐久性評価によるコイルの繰り返しの膨張と収縮によるクラック等の損傷を抑制することができる。

また、本発明はリアクトルの製造方法に及ぶものであり、この製造方法は、凸部を備えた底板と側板とからなり、一端が開放されている第１のコアと、前記一端に配されて第１のコアと共に箱状のコアを形成する第２のコアと、コイルを用意する第１のステップ、第１のコアの内部にコアよりも熱伝導率の高い接着性の樹脂体を充填し、前記凸部の周囲にコイルを配設し、第２のコアを前記一端に配してリアクトルを製造する第２のステップと、からなる。

このように、本発明のリアクトルの製造方法では、前記した特許文献１のリアクトルのようにコア成形用の金型内部にコイルを配置する必要がなく、金型内のコイルの周囲にコアの材料を射出する必要がないため、従来よりも製造工程を簡略化することができる。また、コア成形用の金型の構成を簡略化することができ、リアクトルの製造コストおよび金型を含めた設備費用を抑制することが可能になる。

また、前記した特許文献２のリアクトルでは、コイルおよび各コア部に接着剤を塗布してコイルおよび各コア部を一体化させた後、各コア部を治具等により固定して硬化炉内で加熱して接着硬化させているため、リアクトルを十分に冷却させてから車載部品に取り付ける必要がある。

これに対し、本発明のリアクトルは、前記接着性の樹脂体として例えば常温で硬化する常温硬化型の樹脂体を用いることで、接着剤を硬化させる際に用いられる固定治具や硬化炉が不要になる。加えて、接着性の樹脂体が常温で硬化することから、樹脂体の硬化を待つことなく、リアクトルを車載部品に取り付けることが可能になる。これにより、リアクトルの製造工程及び取り付け工程が簡略化され、生産性が向上し、製造コストを低減することが可能になる。

以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルによれば、リアクトルの製造時のコイルの損傷や変形、位置ずれを防止することができ、放熱性に優れたリアクトルを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るリアクトルを示す概略図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。（ａ）、（ｂ）はこの順で、図１に示すリアクトルの製造を説明したフロー図である。

（リアクトル）
以下、図面を参照して本発明のリアクトルの実施の形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係るリアクトルを示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。

リアクトル１００は、第１のコア２２と第２のコア２３からなる箱状のコア２と、コイル１Ａ，１Ｂとを備えている。

第１のコア２２は、矩形柱状の凸部２１Ａ，２１Ｂを備えた底板２２ｂと側板２２ｃとを有する矩形箱状の部材であり、一端が開放されて上部開口２２ａを有している（図２参照）。凸部２１Ａ，２１Ｂは、第１のコア２２の底部２２ｂに一体的に設けられている。第１のコア２２の内部空間２２ｓには、接着性の樹脂体３が充填されている。

コイル１Ａ，１Ｂは、例えば、表面に絶縁皮膜が形成された銅などの導体金属からなる平角線材を厚み方向に積層させるようにして平面視で略矩形状に巻回したフラットワイズコイルである。コイル１Ａ，１Ｂは、第１のコア２２の内部空間２２ｓに収容され、それぞれ凸部２１Ａ，２１Ｂの周囲に配されている。

第２のコア２３は、第１のコア２２の上部開口２２ａを封止して内部空間２２ｓを密閉する矩形板状の部材である。凸部２１Ａ，２１Ｂを含む第１のコア２２および第２のコア２３は、例えば、鉄粉などの磁性粉末と熱可塑性樹脂の混合材を射出成形することにより製作され、熱伝導率λ´は、例えば３Ｗ／ｍＫよりも低い。

接着性の樹脂体３は、接着剤および絶縁材としての機能を有し、コイル１Ａ，１Ｂとコア２との間に配され、コイル１Ａ，１Ｂをコア２に絶縁された状態で固定する。樹脂体３の材料は、湿気硬化型、常温付加硬化型（１液タイプ、２液混合タイプのいずれも可）等の常温硬化型の樹脂体であることが好ましく、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂を用いることができ、樹脂の種類は特に限定されない。樹脂体３のせん断接着強度は、例えば０．２ＭＰａ以上であることが好ましい。また、樹脂体３は、絶縁性（体積固有抵抗）が、例えば１０^１２Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、例えばデュロメータ硬さ（タイプＡ）が８５以下であることが望ましい。

また、樹脂体３の熱伝導率は、コア２の熱伝導率、すなわち第１のコア２２および第２のコア２３の熱伝導率よりも高い。樹脂体３は、その熱伝導率がコア２の熱伝導率よりも高くなるように、材料が選定および調製されている。樹脂体３は、例えば、シリカ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＭｇＯ等の金属酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化カルシウム、フッ化カルシウムなどを、例えば６０％以上含有することで、熱伝導率λを、例えば３Ｗ／ｍＫ以上にすることが望ましい。

（リアクトルの製造方法）
次に、本実施の形態のリアクトル１００の製造方法について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、この順でリアクトル１００の製造方法を説明したフロー図である。

リアクトル１００の製造時には、まず、凸部２１Ａ，２１Ｂを備えた底板２２ｂと側板２２ｃとからなり、一端が開放された第１のコア２２と、第１のコア２２の一端に配されて第１のコア２２と共に箱状のコア２を形成する第２のコア２３と、コイル１Ａ，１Ｂを用意する。

具体的には、例えば表面に絶縁皮膜が形成された銅線等の導体線材を捲回することによってコイル１Ａ，１Ｂを製作する。第１のコア２２および第２のコア２３は、例えば鉄粉などの磁性粉末と熱可塑性樹脂の混合材を射出成形することにより製作する。第１のコア２２の底板２２ｂに設けられた凸部２１Ａ，２１Ｂは、第１のコア２２と一体的に成形してもよいし、第１のコア２２と別に成形して第１のコア２２に接合してもよい。

次に、第１のコア２２の内部空間２２ｓにコア２よりも熱伝導率の高い樹脂体３を充填し、次いでコイル１Ａ，１Ｂを第１のコア２２の内部空間２２ｓに収容して凸部２１Ａ，２１Ｂの周囲に配設する。そして、第２のコア２３を第１のコア２２の一端に上部開口２２を封止するように配して樹脂体３を硬化させる。

これにより、接着性の樹脂体３がコイル１Ａ，１Ｂと、凸部２１Ａ，２１Ａ、第１のコア２２および第２のコア２３との間に配された状態で硬化し、コイル１Ａ，１Ｂがコア２に対して固定されると共に電気的に絶縁される。さらに、第２のコア２３と、凸部２１Ａ，２１Ｂを含む第１のコア２２とが、樹脂体３により一体的に接合される。

なお、第１のコア２２の内部空間２２ｓへの樹脂体３の充填および硬化は、コイル１Ａ，１Ｂを第１のコア２２の内部空間２２ｓに収容した後に行ってもよい。

例えば、前記特許文献１に記載された従来のリアクトルは、製造時に軟磁性粉を含む混合材を絶縁被覆コイルの表面に射出するため、射出圧力によって絶縁被覆コイルの樹脂被覆層が損傷してコイル表面が傷ついたり、コイルが変形または位置ずれを起こしたりする虞があった。

これに対し、本実施の形態のリアクトル１００は、コア２の材料をコイル１Ａ，１Ｂの周囲に射出成形する必要がなく、コイル１Ａ，１Ｂの周囲に充填されるのは、絶縁材および接着剤として機能する樹脂体３である。したがって、コイル１Ａ，１Ｂの損傷、変形および位置ずれを効果的に防止することができる。

また、本実施の形態のリアクトル１００は、コア２の成形用金型の内部にコイル１Ａ，１Ｂを配置する必要がなく、金型内のコイル１Ａ，１Ｂの周囲にコア２の材料を射出する必要がないことから、前記従来のリアクトルと比較して製造工程を簡略化することができる。また、コア２の成形用金型の構成を簡略化することができ、リアクトル１００の製造コストおよび金型を含めた設備費用を抑制することが可能になる。

例えば、前記特許文献２に記載された従来のリアクトルを車載部品に取り付ける際には、コイルおよび各コア部に接着剤を塗布して治具等により固定し、これらを硬化炉内で加熱して接着剤を硬化させるため、接着材の硬化後にリアクトルを十分に冷却させる必要があった。

これに対し、本実施の形態のリアクトル１００では、接着剤として機能する樹脂体３が常温で硬化する場合には、従来のような固定治具や硬化炉が不要となる。加えて、リアクトル１００を、例えばパワーカードの冷却器等の車載部品に対して取り付ける場合、樹脂体３が常温で硬化するため、第１のコア２２に第２のコア２３を接合した後、樹脂体３の硬化を待つことなく、すぐに取り付けを行うことができる。あるいは、予め車載部品に対して第２のコア２３を組み付けておき、内部空間２２ｓに樹脂体３を充填した第１のコア２２を該第２のコア２３に接合することで、リアクトル１００の製造と取り付けを同時に行うことが可能になる。これにより、リアクトル１００の製造工程が簡略化され、生産性が向上し、製造コストを低減することが可能になる。

また、前記従来のリアクトルでは、コアに対してコイルを接着剤で固定しているが、放熱性が十分ではない場合には、リアクトルの外面に放熱材を設ける必要があった。

これに対し、本実施の形態のリアクトル１００は、第２のコア２３によって密閉された第１のコア２２の内部空間２２ｓに、コア２よりも熱伝導率が高い樹脂体３が充填されることで、コイル１Ａ，１Ｂの周囲が樹脂体３によって満たされ、コイル１Ａ，１Ｂが樹脂体３と接触している。これにより、コイル１Ａ，１Ｂに発生した熱が従来よりも樹脂体３に放出されやすくなり、樹脂体３に放出されたコイル１Ａ，１Ｂの熱が、樹脂体３を介して内部空間２２ｓを画成するコア２の内表面に伝達され、さらにコア２の外表面から、例えば冷却器等の車載部品や外気などに放出される。したがって、従来よりもリアクトル１００の放熱性が向上し、外面に放熱材を設ける必要がなくなる。

また、樹脂体３が第１のコア２２の内部空間２２ｓに充填され、コイル１Ａ，１Ｂの周囲に充填されることで、コイル１Ａ，１Ｂとコア２間の絶縁性が確保される。また、樹脂体３によってコイル１Ａ，１Ｂが発生するノイズおよび振動（ＮＶ）を低減することができるだけでなく、樹脂体３を緩衝材料として機能させ、冷熱衝撃などの耐久性評価によるコイル１Ａ，１Ｂの繰り返しの膨張と収縮によるクラック等の損傷の発生を抑制することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１Ａ，１Ｂ…コイル、２…コア、２１Ａ，２１Ｂ…凸部、２２…第１のコア、２２ｂ…底板、２１ｃ…側板、２２ａ…上部開口、２３…第２のコア、３…樹脂体、１００…リアクトル

Claims

凸部を備えた底板と側板とからなり、一端が開放されている第１のコアと、
前記一端に配されて第１のコアと共に箱状のコアを形成する第２のコアと、
前記凸部の周囲に配されて箱状のコアに収容されているコイルと、
箱状のコアの内部を満たし、コアよりも熱伝導率の高い接着性の樹脂体と、から構成され、
前記接着性の樹脂体によってコイルがコアに絶縁された状態で固定されているリアクトル。
凸部を備えた底板と側板とからなり、一端が開放されている第１のコアと、前記一端に配されて第１のコアと共に箱状のコアを形成する第２のコアと、コイルを用意する第１のステップ、
第１のコアの内部にコアよりも熱伝導率の高い接着性の樹脂体を充填し、前記凸部の周囲にコイルを配設し、第２のコアを前記一端に配してリアクトルを製造する第２のステップと、からなるリアクトルの製造方法。